前言

数据流是编程范式中的其中一种，何为数据流?

数据流具有无穷数据源、数据流向的特点：

• 无穷数据源：你无法预估你需要处理的数据流，你也不知道什么时候会产生数据
• 数据流向：数据传递具有顺序性

在网络编程中，客户端想要跟服务器进行数据传递，首先就要通过三次握手建立传输通道，绑定好端口，此后通过这个socket进行数据传输。

当通道关闭后，如果想要建立连接，还需再次由客户端发起建立连接的请求，所以后面演进了使用长连接的方式来优化连接频繁地建立和销毁。

在网络编程中，Channel就是干这个事情的。

类似于NIO的Channel，Netty提供了自己的Channel，使得更符合自身框架，叫做ChannelPiple。

Channel

JDK的NIO类库种Channel分2种：

客户端的：SockerChannel 服务端的：ServerSocketChannel

Unsafe是一个内部接口，聚合在Channel种协助进行网络读写相关的操作。

Unsafe本身是作为Channel的一个内部辅助类来用的，其实并不应该被Netty框架的上层使用者使用，所以是被命名为Unsafe

Unsafe

是Channel内部的一个内部实现类，是一个接口类型

他不应该被用户代码直接调用，而是由实际负责IO的读写线程来调用。这也是他的名字Unsafe的含义。

Unsafe中基础方法

registry方法

作用：将Channel注册到EventLoop的多路复用器上

为了避免多线程并发操作Channel的问题，这里还需要做并发处理

判断当前线程是否是Channel对应的NioEventLoop线程

• 如果是，则直接执行调用#register0执行注册逻辑
• 如果不是，则以包成Runnable丢给NioEventLoop那边线程池的任务队列里去等待执行

bind方法

给Channel绑定对应的Socket

对于服务端，用于绑定监听端口 对于客户端，用于指定客户端Channel的本地绑定Socker地址

write方法

把消息添加到唤醒发送数组：ChannelOutboundBuffer里面，并不是真正的写Channel，flush才是把消息写进Channel

ChannelPipeline功能说明

io.netty.channel.Channel是Netty网络操作抽象类，里面聚合了JDK的Channel对象

可以Channel理解为操作网络的一个对象，委派角色，他聚合了一组功能，包括但不限于：

• 网络的读写
• 客户端的发起连接、主动关闭连接、链路关闭
• 获取双方通信的地址
• …

JDK原生Channel

JDK 也有NIO原生的Channel，但是Netty是另起炉灶自己抽象出来一个新的Channel，那这里又要讲讲，为什么不用原生JDK的东西了

1. JDK的SocketChannel和ServerSocketChannel主要职责是负责网络IO操作。由于他们是SPI类接口，所以通过继承SPI功能类来扩展其功能难度大
2. SPI和API的区别！还不懂的赶紧去复习，面试常考内容！

2. Netty的Channel能够跟Netty的整体架构融合在一起，跟架构亲和力更足。
3. 自定义Channel，功能实现更加灵活（感觉这个才是最重要的）

Netty的Channel设计理念

1. 在Channel接口层，采用Facade（外观模式）进行统一封装，相当于一个聚合了一个JDK原生Channel的一个操作对象
2. 为SocketChannel、ServerSocketChannel提供统一的视图，公共功能在父类中实现，子类实现更为具体的功能
3. 具体实现采用聚合而非包含的方式，将相关的功能聚合在Channel种，由Channel统一负责分配和调度。

网络读写操作

网络IO操作会触发ChannelPipeline中对应的事件方法

Neety是基于事件驱动，当Channel进行IO操作时，会产生对应的IO事件，然后驱动事件在ChannelPipeline中传播，最后由ChannelHandler对事件进行拦截和处理，不关心的事件可以直接忽略。

采用事件驱动的方式，有很多优点：

• 首先可以避免监听者列表过长，触发一次事件，采用顺序遍历性能会线性下降
• 采用事件驱动可以很轻松通过事件来划分事件拦截切面，效果等价于AOP，甚至比他性能更高

网络IO操作直接调用DefaultChannelPipeline的相关方法，由前者中对应的ChannelHandler来进行逻辑处理。

AbstractChannel网络IO操作源码实现

成员变量：

• SelectableChannel：用于设置参数和进行IO操作
• readInterestOp：代表了JDK SelectionKey的OP_READ
• SelectionKey：用volatile修饰，由于Channel会面临多个业务线程并发写操作，所以为了能让其他线程对其感知变化，所以使用volatile保证可见性

Channel的注册

doRegister，把Channel注册到EventLoop中

可以看到第二个参数ops，代表感兴趣的事件，doRegistry的时候直接传了个0，代表对任何事件都不感兴趣

Channel对哪些事件感兴趣呢，比如：

• OP_READ = 1 << 0； 读操作位
• OP_WRITE = 1 << 2；写操作位
• OP_CONNECT = 1 << 3；客户端连接服务端，建立连接操作
• OP_ACCEPT = 1 << 4；服务端接受客户端连接，成功建立连接操作

第三个参数是把自己this传过去了，这是为了能让触发事件的时候返回SelectionKey。

根据SelectionKey是可以在多路复用器拿到对应感兴趣的Channel对象，然后去进行处理。

ChannelPipeline

ChannelPipeline和ChannelHandler

ChannelPipleine和ChannelHandler机制类似于Servlet和Filter过滤器

本质上是责任链模式的实现。

Servlet Filter能够以声明式的方法插入到HTTP请求处理过程中。用于拦截请求和响应，实现对请求的前置处理和后置处理。

Netty的Channel过滤器实现原理跟Servlet Filter机制一致，它将Channel的数据管道抽象成：ChannelPipeline。

数据在ChannelPipeline中流动和传递，ChannelPipeline中持有IO事件拦截器ChannelHandler的链表。

意味着：ChannelHandler可以对IO事件进行拦截和处理

ChannelHandler是可插拔式的，并且我们可以通过新增或者删除ChannelHandler来实现不同业务逻辑，

ChannelPipeline功能说明

ChannelPipeline是ChannelHandler的容器

负责ChannelHandler的管理和事件拦截与调度

主要是：负责事件的分发和预处理

一个消息被ChannelPipeline的ChannelHandler链拦截和处理的全过程：

1. 底层的SocketChannel #read方法读取ByteBuf，触发ChannelRead事件（OP_READ），由IO线程NioEventLoop调用ChannelPipeline的#fireChannelRead方法，将消息（ByteBuf）传输到ChannelPipeline中
2. 消息依次被添加好的ChannelHandler链处理，首先是HeadHandler，然后是ChannelHandler1、ChannelHandler2….，任何Handler都可以中断消息的传递，也就是他们都可以把消息丢掉。
3. 注意：这里是先是被HeadHandler处理，后面是反过来，是有顺序的
4. ChannelHandlerContext的#write方法发送消息，消息从TailHandler开始，途径ChannelHandlerN，ChannelHandlerN-1….
5. 最终被添加到消息发送缓冲区中，等待刷新（flush）和发送（write）

注意：这里为什么是具有顺序性地处理，因为有些ChanelHandler就有顺序性，比如解码那些，需要先将ByteBuf数据解析成对象，然后再将对象二次解码成pojo对象。

Netty中的事件分为：inbound事件和outbound事件，图中左半边对应inboud事件，右半边对应outbound事件。

• inbound：由外部触发的事件，应用程序以外的，并非应用程序自己请求的。比如某个socket有数据读取进来了，有Channel注册到Eventloop上了
• outbound：由应用程序主动请求而触发的事件，比如向某个socket写入数据，或从某个socket读取数据

ChannelInboundHandler处理inboud事件

ChannelOutboundHandler处理outbound事件

误区：区分inboud、outbound并不是简单的IO流，而是触发事件的源头

总结

本篇简单介绍了JDK自带的Channel以及Unsafe其内部的一个实现类。并且从Unsafe的职责来更好的理解它这个名字的含义。

Netty提供的ChannelPipeline内部聚合了一个ChannelHandler链表。ChannelPipeline负责网络IO事件中的调度，而ChannelHandler则是负责拦截，如果是对应感兴趣的事件则处理，否则抛给下一个ChannleHandler。

粗略地讲了一下ChannelHandler为什么要基于责任链的设计模式，做成链表的形式。下一篇文章会着重讲一下ChannelHandler在Netty里面干了些什么事情。

原文链接：https://juejin.cn/post/7213653429416362039